Dziwne źródła radiowe w odległej gromadzie galaktyk przeczą naszemu zrozumieniu zachodzących tam zjawisk

Wszechświat jest zapełniony gromadami galaktyk – ogromnymi strukturami spiętrzonymi na przecięciach kosmicznej sieci . Pojedyncza gromada może rozciągać się na miliony lat świetlnych i składać się z setek, a nawet tysięcy galaktyk. Jednak te galaktyki stanowią zaledwie kilka procent całkowitej masy gromady. Około 80 procent to ciemna materia , a reszta to gorąca plazmowa „zupa”: gaz podgrzany do temperatury powyżej 10 000 000 ℃ i przeplatany słabymi polami magnetycznymi.

Międzynarodowy zespół astronomów zidentyfikowaliśmy serię rzadko obserwowanych obiektów radiowych – relikt radiowy, halo radiowe i skamieniałą emisję radiową – w szczególnie dynamicznej gromadzie galaktyk zwanej Abell 3266. Przeciwstawiają się istniejącym teoriom na temat pochodzenia takich obiektów. Gromady galaktyk umożliwiają nam badanie szerokiego zakresu bogatych procesów – w tym magnetyzmu i fizyki plazmy – w środowiskach, których nie jesteśmy w stanie odtworzyć w naszych laboratoriach. Kiedy klastry zderzają się ze sobą, w cząstki gorącej plazmy trafiają ogromne ilości energii, generując emisję radiową. A ta emisja ma różne kształty i rozmiary.

Jednym z przykładów są „radiowe relikwie”. Mają kształt łuku i leżą na obrzeżach gromady, zasilane falami uderzeniowymi przemieszczającymi się przez plazmę, które powodują skok gęstości lub ciśnienia i energetyzują cząstki. Przykładem fali uderzeniowej na Ziemi jest huk dźwiękowy, który ma miejsce, gdy samolot przekracza barierę dźwięku. „Aureole radiowe” to nieregularne źródła, które leżą w kierunku centrum gromady. Są zasilane przez turbulencje w gorącej plazmie, która daje energię cząstkom. Wiemy, że zarówno aureole, jak i relikty powstają w wyniku zderzeń między gromadami galaktyk – jednak wiele z ich ziarnistych szczegółów pozostaje nieuchwytnych. Są też „skamieniałe” źródła radiowe. Są to pozostałości radiowe po śmierci supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki radiowej. Kiedy działają, czarne dziury wystrzeliwują ogromne strumienie plazmy daleko poza samą galaktykę. Gdy kończy im się paliwo i wyłączają się, dysze zaczynają się rozpraszać. Szczątki są tym, co wykrywamy jako skamieliny radiowe.

Nowy artykuł, opublikowany w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society , przedstawia bardzo szczegółowe badanie gromady galaktyk zwanej Abell 3266.

Jest to szczególnie dynamiczny i niechlujny układ zderzający oddalony o około 800 milionów lat świetlnych. Ma wszystkie cechy systemu, w którym powinny znajdować się relikty i aureole – jeszcze do niedawna ich nie wykryto. Kontynuując prace przeprowadzone na początku tego roku przy użyciu Murchison Widefield Array , wykorzystano nowe dane z radioteleskopu ASKAP i Australia Telescope Compact Array (ATCA), aby zobaczyć układ Abell 3266 bardziej szczegółowo. Dane przedstawiają złożony obraz. Widać to na głównym obrazie: żółte kolory pokazują cechy, w których aktywny jest wkład energii. Niebieska mgiełka reprezentuje gorącą plazmę, uchwyconą w promieniowaniu rentgenowskim. Bardziej czerwone kolory pokazują cechy, które są widoczne tylko przy niższych częstotliwościach. Oznacza to, że te obiekty są starsze i mają mniej energii. Albo z biegiem czasu stracili dużo energii, albo nigdy nie mieli zbyt wiele.

Relikt radiowy jest widoczny na czerwono w dolnej części obrazu. A zgromadzone dane ujawniają szczególne cechy, których nigdy wcześniej nie widziano w relikcie. Jego wklęsły kształt jest również niezwykły, dzięki czemu zyskał miano chwytliwego przydomka „niewłaściwej drogi” relikwii. Ogólnie rzecz biorąc, dane zmieniają naszą wiedzę na temat generowania reliktów, a my wciąż pracujemy nad rozszyfrowaniem złożonej fizyki stojącej za tymi obiektami radiowymi.

Skamielina radiowa, widoczna w prawym górnym rogu głównego obrazu, jest bardzo słaba i czerwona, co wskazuje, że jest bardzo starym obiektem. Naukowcy uważają, że ta emisja radiowa pierwotnie pochodziła z galaktyki w lewym dolnym rogu, z centralną czarną dziurą, która od dawna jest nieczynna. Nasze najlepsze modele fizyczne po prostu nie pasują do danych. To ujawnia luki w zrozumieniu ewolucji tych źródeł – luki, które staramy się obecnie wypełnić.

Wreszcie, używając algorytmu, rozogniskowany został główny obraz, aby znaleźć bardzo słabą emisję, która jest niewidoczna w wysokiej rozdzielczości, odkrywając pierwsze wykrycie halo radiowego w Abell 3266

To początek drogi do zrozumienia Abell 3266. Odkryliśmy mnóstwo nowych i szczegółowych informacji, ale badanie wzbudziło jeszcze więcej pytań. Obserwacje, kładą podwaliny pod rewolucyjną naukę z projektu Square Kilometer Array. Badania takie jak te pozwalają astronomom dowiedzieć się, czego nie wiemy.